认知无线电系统中基于能量收集的频谱感知优化方法研究

摘要

随着无线通信技术的发展，有越来越多的无线用户开始接入并使用无线频谱资源。实际中，可用频谱资源是有限的，这使得频谱资源随无线通信技术的发展变得尤为珍贵。与此同时，在已分配频段中，经研究调查发现，用户对无线频谱资源的使用率较低，这一现象与频谱资源紧张相矛盾，因此提高无线频谱资源的利用率值得关注。认知无线电技术能够有效缓解频谱紧张所带来的压力。
　　无线用户数目的增多预示着通信系统对能量的消耗会增大，例如会增大电网能耗的压力；当使用常规电源供能如电池，由于电池自身能量是有限的，随着使用时间的增长，电池能量的匮竭，因此需要定期对设备维护，这对数目不断增多的无线用户来说变得不太现实。利用能量收集技术自给供能可以很好地解决无线用户自身能量消耗问题。本文结合认知无线电技术和能量收集技术，从提高无线频谱资源利用率层面和能量收集自给供能层面对能量收集认知无线电进行优化，实现认知用户吞吐容量的最大化。本文主要研究工作和成果如下：
　　（1）能量收集认知用户与授权用户工作在同步状态，认知用户的帧长恒定，且帧结构为能量收集、频谱感知和数据传输三个部分。为最大化认知用户数据传输吞吐容量，对三部分时间分配进行联合优化。优化问题处理过程中，通过转化首先消除随机变量影响，而后为降低计算量提出贪婪迭代法优化求解。
　　（2）能量收集认知用户与授权用户工作在异步状态，认知用户帧长待优化，并考虑授权用户的到达服从泊松分布。为最大化认知用户数据传输吞吐容量，对帧长和能量收集时间进行联合优化。优化过程中，采用交替迭代方法求解降低了优化运算量。并导出其吞吐容量上限。
　　（3）能量收集认知用户与授权用户工作在同步状态，考虑频谱感知时间相对帧长很短，可以忽略其能耗。将认知用户的能量收集和消耗建模为收集或消耗一定个数“能量包”，并假设能量包的收集和消耗可以同时进行。为最大化认知用户数据传输吞吐容量，将其问题建模为关于能量门限的函数，并优化能量门限。

目录

声明

引言

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2认知无线电

1.3能量收集认知无线电

1.4本文研究内容与框架

2.1引言

2.2 系统模型

2.3问题描述及优化

2.4仿真分析

2.5本章小结

3.1引言

3.2系统模型

3.3能量收集比例和帧长的联合优化

3.4仿真分析

3.5本章小结

4.1引言

4.2系统模型

4.3问题描述及优化

4.4仿真分析

4.5本章小结

5.1总结

5.2展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢